Aflevering 2: Een zwart gat op de snelweg

Hier gaan we wat dieper in op wat er gezegd wordt, en geven links naar meer bronnen van info. Toch nog vragen? Stuur ze naar ons!

• “Alles trekt alles aan met zwaartekracht”: Zie hier voor een uitleg over zwaartekracht.
• Is er al ooit een mens in een zwart gat gevallen? Nee, natuurlijk niet! Zwarte gaten zijn (gelukkig) allemaal enorm ver weg van de aarde. Het zwart gat dat het dichtst bij de aarde is (waar we weet van hebben), is ongeveer 1.600 lichtjaar verwijderd van de aarde. Zie de ontdekking in 2024 van een zwart gat dat ook ongeveer even “dichtbij” is hier.
• Zwarte gaten draaien rond elkaar en botsen: Veel verschillende soorten kosmische gebeurtenissen die leiden tot meetbare zwaartekrachtgolven zijn ook eventkaarten in het kaartspel Einsteins Echo (zie hier voor uitleg). Een overzicht in het Engels vind je hier.
• Seppe als Master student in KU Leuven: Seppe’s Master thesis vind je hier. Die won de prijs van Beste Master thesis aan het Departement Natuurkunde en Sterrenkunde!
• Seppe in Cambridge: Je vindt zijn personalia pagina in Cambridge hier. Zijn eigen webpagina vind je hier.
• Wij spraken Seppe op een moment dat hij op bezoek was in België. We ontmoetten hem bij de brouwerij van zijn vader (Brouwerij Adept).
• Zwaartekrachtgolven detecteren we slechts sinds een tiental jaren: de eerste detectie was door de Amerikaanse detector LIGO in 2015. Dit leidde tot de Nobelprijs natuurkunde in 2017.
• “Ruis” waardoor het moeilijk is om de zwarte gaten te “horen”: De hele uitdaging van een zwaartekrachtgolfdetector is om alle ongewenste trillingen - zowel extern (van de grond) als intern (van de apparatuur zelf) - te minimaliseren, zodat het meettoestel enkel de trillingen van de ruimtetijd zelf meet (de zwaartekrachtgolven dus). In aflevering 4 gaan we dieper in op de technologie van zwaartekrachtgolfdetectoren.
• Kosmische achtergrondstraling (of “Cosmic Microwave Background”) is licht van 300.000 jaar na de oerknal dat nog steeds aanwezig is. Deze “echo” van "net" na de Oerknal leert ons iets over het allerprilste universum en de creatie van de eerste structuren in het heelal (zie hier).
• De gravitational wave “chirp” is het geluid van twee zwarte gaten die versmelten. Hier vind je een leuke site waar zwaartekrachtgolven in audio worden omgezet. Op deze site wordt uitgebreid uitgelegd hoe het signaal van de detector gefilterd wordt en uiteindelijk vergeleken wordt met een gesimuleerd signaal. Hier hoor je het signaal van de allereerste zwaartekrachtgolf die in 2015 gedetecteerd werd.
• Natrilling van zwart gat na de botsing: Als twee zwarte gaten samensmelten, blijft een groter zwart gat over. Dat zwart gat trilt nog even na van zijn gewelddadige geboorte. Hoe die trilling gebeurt, wordt heel precies voorspeld door Einsteins relativiteitstheorie (zie ook hier).
• Zwaartekrachtgolven produceren geen geluid! Dit is belangrijk om nogmaals te herhalen. In de ruimte is er geen geluid, want geluid heeft een medium (zoals lucht) nodig om zich voort te planten. Zwaartekrachtgolven zijn golven van de ruimte en tijd. Als we die zwaartekrachtgolf omzetten naar een geluidsgolf, dan krijgen we de karakteristieke “chirp”.
• Theoretische problemen met zwarte gaten: Onder andere de singulariteit (een punt van oneindige massadichtheid) in het centrum van het zwart gat, en de zogenaamde “information paradox” zijn problemen van zwarte gaten in de relativiteitstheorie. Zie hier voor een artikel en video over de “information paradox” en hier voor een artikel (met een lichtjes ander standpunt).
• Theorie van zwaartekracht “Was Einstein juist?” De problemen van zwarte gaten zouden opgelost moeten worden in een theorie waar zwaartekracht samenkomt met de andere grote theorie van de 20e eeuw: kwantummechnica. De kwantumgravitatie (“quantum gravity”) blijft de heilige graal van de theoretische fysica.
• Een supernova is een zware ster die ontploft nadat zijn brandstof opraakt. In een ster bestaat een delicate balans van krachten. De zwaartekracht wil de ster doen imploderen onder zijn eigen gewicht. Dit wordt tegengewerkt door de druk van de fusiereacties in het binnenste van de ster. Wanneer de ster zijn fusiebrandstof “uitgeput” is, verdwijnt die tegendruk en implodeert de ster: de buitenste lagen storten gewelddadig in tegen de binnenste lagen. Dit veroorzaakt een massieve schokgolf waarbij de buitenste lagen explosief naar buiten worden voortgestuwd - de supernova. Supernova’s zijn al regelmatig gezien met lichttelescopen (zie hier). Bij bepaalde soorten supernova’s begrijpen we nog steeds niet precies hoe ze tot stand komen. Door zwaartekrachtgolven van die supernova’s te detecteren (met de Einsteintelescoop) hopen we daar meer inzicht in te krijgen.
• Neutronensterren zijn compacte restanten van een massieve ster die is gestorven in een supernova. Enorm zware sterren laten een zwart gat achter na hun dood; minder zware sterren laten een neutronster achter. Er zijn nog veel mysteries over de precieze samenstelling van neutronensterren (zie hier).
• Het meeste goud in juwelen is (misschien) afkomstig van botsende neutronensterren (zie hier en hier).
• Hoe werkt de Einsteintelescoop? Lasers reizen tussen de drie hoekpunten van de Einsteintelescoop. Zij meten de lengtes van driehoek die (een miniscuul beetje) uitrekken en inkrimpen door passerende zwaartekrachtgolven (zie hier, of voor de basisprincipes bij de LIGO detector hier). In aflevering 4 komen we terug op hoe de Einsteintelescoop zou werken. De Einsteintelescoop zal ondergronds gebouwd worden, om echt enkel de trillingen van de passerende zwaartekrachtgolven te voelen (en niet die van de menselijke activiteit boven de grond).

Hier lijsten we enkele vragen op die kunnen dienen als aanzet tot discussie of verder opzoekwerk over de thema's in deze aflevering.
Merk op: we voorzien hier geen concrete antwoorden - kom je er niet uit? Zit je met een prangende vraag? Stel ze gerust via het podcast-contactformulier!

• Hoe kan je je voorstellen dat een zwaartekrachtgolf de ruimtetijd uitrekt en inkrimpt? Welke concrete analogieën helpen jou?
• Waarom zijn zwaartekrachtgolven zo zwak tegen de tijd dat ze de aarde bereiken? Hoeveel zwakker is een zwaartekrachtgolf wanneer die 1 miljard lichtjaar gereisd heeft t.o.v. 1 miljoen lichtjaar?
• Waarvan gaat de Einsteintelescoop signalen detecteren? Welke informatie kunnen zwaartekrachtgolven onthullen die we nooit met licht zouden kunnen achterhalen (bijvoorbeeld over zwarte gaten)?
• Wat zou je belangrijker vinden: veel signalen detecteren van “bekende” bronnen, of eerder één verrassend signaal dat we niet kunnen verklaren?
• Als zwaartekrachtgolven ons ooit een heel nieuw aspect van de natuur laten zien, wat denk je dat dat zal zijn?
• Wat als zwaartekrachtgolven ons informatie geven over het allereerste begin van het heelal — hoe zou dat ons wereldbeeld veranderen?
• Wat als we zoveel data krijgen dat we die niet meer kunnen verwerken? Hoe zou je dat probleem aanpakken?
• Hoe zou jij zwaartekrachtgolven visualiseren of voelbaar maken, in plaats van hoorbaar?
• Seppe doet zijn doctoraat in Cambridge, in het buitenland. Zou jij zelf overwegen om in het buitenland te gaan studeren? Waarom wel/niet?
• Seppe ontmoetten we in de brouwerij van zijn vader (brouwerij Adept). Wat voor (streek)product zou je aan de Einsteintelescoop kunnen koppelen? Stel een mini business plan op om het te verkopen! Kan je een product verzinnen dat specifiek aantrekkelijk zou zijn voor jongeren?